多年冻土区输油管道工程中的(差异性)融沉和冻胀问题

多年冻土区石油和经济开发不断推动输油管道技术的发展,但是多年冻土区输油管道的(差异性)融沉和冻胀问题仍是关键性难题.寒区管道设计和施工必须考虑沿线的地形和环境条件对冻胀和融沉,以及相应的管道工程基础和结构整体性的影响.阿拉斯加输油管道工程取得成功的原因在于充足的科研投入、讨论和决策时间,以及最终采用的一系列创新设计来保护多年冻土和抑制融沉.这些研究围绕的关键问题是温热油管在多年冻土中的水热效应和差异性融沉和冻胀所导致的管道变形破坏,这些研究对可能出现问题的及早发现、充分理解和正确预测以及最终合理的设计、施工和维护至关重要.罗曼井和格拉线环境温度输油管道在20a左右的运营中,冻胀和融沉都比较显著.准确预测管道和围岩土的冻胀和融沉需要详细的观测研究和模拟试验相结合.在预测的基础上,针对具体问题抑制融沉和冻胀.成功设计、施工和运行寒区输油管道需要科学家、工程师、业界人士和管理部门密切合作.     

阿拉斯加输油管的设计和施工方式方案变更过程及其背后的原因和哲学思想

阿拉斯加输油管道公司曾经研发和使用了3种主要施工方案和技术:传统地埋式、特殊埋设和地上敷设方式.在传统地埋式施工方案中,管顶埋深变化于0.9~2.7 m.这主要是考虑了地形变化,而不是沿途的岩性和土壤类型.在特殊埋设方案中,在原油管道必须埋设的地段,如大规模动物迁徙常用地段则使用通道冷液循环降(保)温系统和(或)热管(桩)降(保)温,来保护多年冻土.地上敷设方案包括桩基架设和地上洁净砾石管堤(垫护层).后者只在管道进入和离开多年冻土时采用.架设桩基横梁方案中使用有或没有热管保温的垂直支架梁(单元)(VSM).在初步规划和设计阶段,管道的业主公司(即横穿阿拉斯加管道系统,或TAPS)和随后的阿拉斯加管道服务公司(APSC)不容商量的坚决要求100%的埋设方案.但是,随着勘察工作的进展和设计方案的细化,施工设计方案在不断变化.1977年管道施工结束时,只有57%的管道采用了埋设方式.管道运行30 a后的今天(考虑运行期间维护中所产生的问题),很多经验丰富的工程师认为53%的埋设可能更合理.设计和施工方案变更的原因主要有:1)为了获得通过联邦政府所属的土地所需的许可证,政府有特殊的规定和要求;2)管道公司的设计、施工和管理人员进行了现场野外调查、研究,并积极参与了详细设计和研发;3)美国环境政策法案(NEPA)的最新要求(启用了核准制).阿拉斯加管道服务公司是7家主要石油公司的服务机构.由于这个项目的巨大规模和所涉及的高昂费用,致使各大石油公司的工程师非同寻常程度的参与.在文章中,笔者论述了与阿拉斯加管道施工有关的阿拉斯加管道服务公司、美国联邦和阿拉斯加州政府相关组织机构的形成历史,管道设计演变过程及其背后的哲学思想,以及阿拉斯加管道工程项目的经验和教训.     

中国参与北极油气资源开发利用前景与方向

北极地区丰富的油气资源近年来引发全世界的广泛关注。评估结果显示,北极油气资源分布不均,主要集中在俄罗斯、美国阿拉斯加、挪威、加拿大和丹麦格陵兰。不同国家和地区北极油气资源勘探开发特点不同,在新形势下可能还会发生变化。中国是油气消费大国和进口大国,俄罗斯北极地区已日渐成为中国重要油气供应地之一。综合分析几个主要北极国家北极油气开发利用现状和未来发展前景,与中国目前参与北极油气开发利用的情况,对未来中国如何参与北极油气资源开发利用提出建议,将俄罗斯作为中国北极油气开发的长期合作伙伴,与其开展项目投资、技术入股、航道建设等多个方面的合作。      

漠河永久冻土带天然气水合物的形成条件及成藏潜力研究

作为我国多年冻土发育的主要地区之一,漠河地区具有天然气水合物形成的良好条件,发育了天然气水合物的成藏系统.漠河地区发育有多年冻土,一般厚20～80 m,地表温度-0.5℃～-3.0℃,地温梯度1.6℃/100m,具有与已发现天然气水合物的美国阿拉斯加北坡Prudhoe湾、西伯利亚Messoyakha和我国祁连山木里地区...     

欧亚北极区东部区域地质与构造演化

欧亚北极东部地区资源丰富,但由于区域地质构造复杂,勘探程度低,盆地分布及其发育的构造背景仍存在很大的争议.在大量收集整理区域地质文献的基础上编制了该区构造简图,并对区域地质构造及其演化进行梳理.该区主要构造单元包括:上扬斯克-科雷马造山带、北极阿拉斯加-楚科塔微板块、科雷马-奥莫隆复合超地体、南阿纽伊缝合带等.早侏罗世至早白垩世,随着美亚海盆的张开,北极阿拉斯加-楚科塔微板块裂离加拿大北部陆缘,并随着Anui-Anvil洋的关闭,与科雷马-奥莫隆超地体及亚洲大陆北缘碰撞,形成新西伯利亚-楚科奇造山带-布鲁克斯造山带及南阿纽伊缝合带.上扬斯克-科雷马造山带是晚侏罗世-早白垩世科雷马-奥莫隆超地体与西伯利亚克拉通边缘的碰撞结果.      

国际冰芯与气候环境研究新进展--关于国际"冰芯与气候"会议

2001年8月19～23日, 在格陵兰举行了规模空前的"冰芯与气候"国际盛会, 会议展示了冰芯与气候环境研究的最新进展. 文中介绍这次会议并概括了近年来的主要研究进展. 与南北极地区的冰芯研究相比, 中低纬度地区冰芯研究是近年来国际冰芯研究中发展最快的. 在这一研究中, 中国科学家做出了重要贡献并得到了国际同行的高度评价.     

北极地区地质构造及主要构造事件

北极地区范围很广,北极圈面积达2 100×10⁴ km²,区域地质复杂。通过对北极地区区域地质编图,笔者认为前寒武纪主要由波罗的、劳伦和西伯利亚三大克拉通,以及其间的微板块或地块组成。主要造山带包括新元古代-早寒武世的贝加尔造山带、晚志留世-早石炭世的加里东造山带、晚古生代-早中生代的海西造山带、晚中生代的上扬斯克造山带、新西伯利亚造山带与楚科奇-布鲁克斯造山带。根据北极地区区域地质构造特征,显生宙以来经历的构造事件大致包括:新元古代-早寒武世的贝加尔运动,致使波罗的古陆与斯瓦尔巴-喀拉地块碰撞造山;晚泥盆世-早石炭世的加里东运动,在劳伦古陆周边形成规模巨大的加里东造山带;晚古生代的海西运动,波罗的古陆与西伯利亚古陆的碰撞造山形成海西造山带;北极阿拉斯加-楚科奇微板块裂离加拿大边缘,侏罗纪加拿大海盆开始张开;早白垩世,阿拉斯加-楚科奇微板块继续与西伯利亚碰撞,阿纽伊洋(Anyui Ocean)消亡,形成上扬斯克-布鲁克斯造山带。受北极调查程度影响,许多问题有待进一步研究。     

加拿大、 美国多年冻土地区输电工程建设经验浅析

国际上有关冻土地区输电工程建设的成功经验, 对我国类似工程建设及相关问题的研究具有积极的借鉴意义. 重点以加拿大育空地区和美国阿拉斯加地区输电工程为例, 对国外冻土地区输电工程建设相关经验进行系统总结, 涵盖工程建设全过程, 即从工程前期准备到工程设计和建设直至工程建成后的运行维护. 基于此, 从完善工程评估机制、 建立和执行相关工程建设规范与技术标准、 工程建设环境风险控制以及确保工程运营安全等方面, 探讨了国外经验的可借鉴之处.     

1850—2100年北极阿拉斯加地区最大河冰厚度时空变化特征

在极地放大效应的影响下,北极气温以较全球平均更快的速度变暖,从而导致了北极冰冻圈系统的剧烈变化。河冰是北极冰冻圈系统的重要组成部分,是气候变化的敏感指示器,同时影响当地的生态、水文和多年冻土等。本研究利用Stefan方程,使用实测河冰厚度数据、CMIP6历史实验数据和四个未来情景(SSP126、SSP245、SSP370和SSP585)的1850—2100年近地表日气温数据,建立了阿拉斯加地区1850—2100年最大河冰厚度,并分析其时空变化特征。研究表明：阿拉斯加地区多年平均最大河冰厚度呈现南薄北厚的特点;在东西方向上,1850—2000年的平均最大冰厚呈现东薄西厚的特点,但未来100年在东西方向上无显著差异(P<0.05)。1850—2100年阿拉斯加地区最大河冰厚度整体上呈显著下降趋势。其中,1850—2014年下降速率为(-0.72±0.25) cm·(10a)^-1(P<0.05);随着社会脆弱性的加剧和辐射强迫的增强,2015—2100年阿拉斯加地区河冰减薄的速度明显增大,在SSP126、SSP245、SSP370和SSP585情景下分别为(...     

大陆天然气水合物的资源开发与环境研究刍议

天然气水合物分为大陆型和海洋型两大类.大陆型天然气水合物矿床常赋存于永久冻土带,如西伯利亚,加拿大北部,阿拉斯加.近年来,中国在青海木里的冻土带也发现了天然气水合物,它们赋存在l000m深的砂岩和泥岩层中.大陆天然气水合物的资源量是相当巨大的,估计约为(1～7.4)×1014m3甲烷.现在科学家已经研究出从冻土带水合物...     

我国中西部前陆盆地的特殊性和多样性及其天然气勘探

通过对我国中西部前陆盆地构造特征、大地构造背景、地球物理特征的理论研究和典型前陆盆地的详细解析,系统分析了我国中西部前陆盆地的发育特征和特殊性。强调晚二叠世以来大小不一、形态各异的多块体小型克拉通的聚合碰撞作用是导致中西部前陆盆地群形成的基本动力学过程：这些小型克拉通的多块体聚合碰撞造就了中西部前陆盆地的特殊性和多样性。同时,明确提出中西部盆地的基本特点是“两期三类前陆盆地”,即海西一印支期前陆盆地和喜山期前陆盆地,三类指海西一印支期的周缘前陆盆地和弧后前陆盆地、喜山期再生前陆盆地。根据前陆盆地的盆地结构和演化特征,又将中西部的前陆盆地划分为4种组合形式,即叠合型组合、改造型组合、早衰型组合和新生型组合。综合论述了不同时期不同类型前陆盆地构造对天然气聚集的五大控制作用。     

遵义地区岩石及土壤环境元素分布和农业地质环境评述

本文利用1∶50000遵义市、遵义县两幅区域地质调查成果等资料,对该区地层岩石及其风化土壤中环境微量元素地球化学背景、各时代地层岩石及其风化土壤环境微量元素分布特征及地球化学异常作了分析总结.进而作出了该区岩石及土壤的环境微量元素质量评述.重点认为,微量元素在土壤中的含量分区与成土母岩地层的平面分布关系十分密切,地层及岩性因素是土壤中元素分布的主导因素,从而形成了自然的土壤地球化学分区;区内存在三类土壤元素地球化学异常：一是由某些地层岩石风化而成（主要类型）,二是由地质构造及热液蚀变导致（次要类型）, 三是由矿产开发等人类活动造成（应高度关注的类型）;应当辩证看待微量必需元素的高背景地层及地球化学异常层,通过合理利用它们来为人类服务.     

Glacier fluctuations in the Alps and in the tropical Andes

This paper reports on glacier variations in two mountainous regions of the world, the Alps and the tropical Andes. Available records of snout position and glacier mass balance are compared and interpreted on a climatological basis. In both regions, there is a long-term decreasing trend over the 20th century. The yield of this trend is different from one glacier to the other, depending on geographic and geometric characteristics. Analysing the surface energy balance, net all wave radiation is the main energy flux at the glacier surface. The turbulent fluxes represent an important term with strong positive sensible heat flux in the Alps and strong negative latent heat flux (sublimation) in the Andes. Tropical glaciers are sensitive to inter-annual variations in solid precipitation that affects the albedo, whereas Alpine glaciers are strongly influenced by air temperature changes in the Alps. To cite this article: C. Vincent et al., C. R. Geoscience 337 (2005).     

国际埃迪卡拉系年代地层学研究进展与发展趋势

埃迪卡拉系为国际地层表新增的新元古界最上部的系级年代地层单位,层型剖面被确定为南澳大利亚弗林德斯山脉依诺拉马河剖面,其底界点位（GSSP）选定为埃拉逖那冰成杂砾岩（Elatina diamictite）之上盖帽碳酸盐岩努卡利那组（Nuccaleena Formation）的下界（Gradstein et al．,2004;Knoll et al．,2004）。我国修定后的震旦系与埃迪卡拉系完全相当,底界以南沱冰碛岩之上盖帽碳酸盐岩的下界为界。本文综合国际地层委员会新元古代地层分会以及相关国家和地区近年来在埃迪卡拉系年代地层学领域研究的新进展、存在问题以及未来发展趋势作一概要介绍,以期引起国内晚前寒武纪地层古生物学者的广泛关注。     

西藏南部中白垩世的锶、硫同位素组成及其古海洋地质意义

讨论了西藏南部中白垩世海相碳酸盐锶同位素组成和黑色页岩中黄铁矿硫同位素组成的主要特征及其古海洋地质意义。主要结论是:①该区中白垩世海相碳酸盐的锶同位素组成在0．7084～0．7090之间,大陆壳来源的锶占28%～30%,陆源物质输入的影响高于其它地区;火山熔岩中锶的同位素组成为0．7095,高于同期玄武岩的平均值,火山熔岩中大陆壳来源的锶约为65．2ｘ10-6,占总锶量的34%左右,火山熔岩形成过程中,同化了大量的壳源物质。②该区中白垩世黑色页岩中的黄铁矿的硫同位素组成为27‰～31．6‰,它来源于同期海水硫酸盐,且系中晚期成岩作用的产物,不同时间、不同沉积环境中形成的黄铁矿,其δ34S值差异明显,它们动态地反映成岩作用中环境的演化过程。     

西北地区盐渍化土地开发中存在问题及防治对策

在分析我国西北地区盐溃化土地形成机制的基础上,着重研究了西北地区盐渍化土地开发利用过程中所引发的环境问题：上游灌区土地次生盐渍化、水肥利用效率低,下游地区水土污染、水资源短缺、生态恶化,最后给出了相应的防治对策和建议。     

Tectonics and magmatism in eastern South America and the Brazil basin of the Atlantic in the Phanerozoic

The magmatic and tectonic activity of eastern South America and the western South Atlantic shows that extension of the continental crust is the determinant factor of magmatism. Heating of the upper mantle is a necessary condition of its manifestation. Ascending plume material is a source of additional heat. In the Early Mesozoic, Eastern Brazil was situated above a large, ascending and probably ramifying plume, which has supplied heat and material since the Triassic, creating favorable conditions for continental magmatism. Magmatic activity continued, gradually waning, until the Neogene as evidence for long-term retention of heat energy beneath the continental lithosphere after the plume ascent. It has been shown that heated mantle material can be displaced from the continent to the ocean for a significant distance beneath the lithosphere with the formation of linear tectonomagmatic rises of the oceanic crust. The structural elements inherited certain directions on the continent and in the ocean, beginning from the Neoproterozoic. These directions were reactivated and continued to control the younger structural grain and magmatic activity. In Southeastern Brazil, these were the structural units striking in the southeastern (about 120° SE) and northeastern directions parallel to the continent-ocean boundary. In Northeastern Brazil, the W-E- and N—S-trending structural units are predominant. All these directions are manifested in oceanic structural units (Rio Grande, Vitória-Trindadi, Fernando de Noronha, Pernambuco rises, etc.).     

海拉尔盆地贝尔凹陷油源及油气运移研究

海拉尔盆地贝尔凹陷南屯组源岩有机质丰度高、类型好且已成熟,为本区的主要生油岩。大磨拐河组一段为次要生油岩。贝尔凹陷烃源岩灶主要分布在贝西洼陷和贝中的敖脑海洼陷中。油油对比显示出各构造带上的原油具有相似的生物标志化合物分布,表明来源于相同源岩。油岩对比指示原油主要来自于南屯组生油岩。苏德尔特构造带原油沿断裂带由西向东运移,呼和诺仁构造带原油由贝西洼陷北部源岩灶运移而来,纵向上原油显示出从下向上的运移特点。贝尔凹陷油气运移通道主要是断裂或不整合面,通源断裂两侧为油气勘探的有利部位。     

Variations of the tree line and glaciers in the Central and Eastern Altai regions in the Holocene

Variations in the tree line position and glacier activity in the Central and Eastern Altai regions in the Holocene were reconstructed on the basis of analysis of sixty radiocarbon and eighteen dendrochronological dates. The tree line was higher than now in the Early and Middle Holocene, and the climate was warmer and, likely, more humid. Glaciers advanced in the forests 300, 1400, and 3000–6000 years ago. In the last millennium the forest decline at the upper tree limit occurred in 1206–1256, 1445–1501, and 1642–1736.